磁记录工作原理及其应用探究

2011-12-13智丽丽陈惠敏

昌吉学院学报 2011年5期

关键词：磁头昌吉磁芯

智丽丽孙毅陈惠敏

(1，2，3.昌吉学院物理系新疆昌吉 831100)

磁记录工作原理及其应用探究

智丽丽1孙毅2陈惠敏3

(1，2，3.昌吉学院物理系新疆昌吉 831100)

本文主要介绍了帮助人类记忆的一大重要技术磁记录，细致地分析了磁记录的工作原理及其在生产生活中的应用。同时，本文给出了磁记录装置中磁头附近磁场的计算方法，以及磁介质的记录磁化过程，使我们从中掌握其在学习和工作中的重要性和必然性。

磁记录;磁存储

引言

人类发明纸和笔是为了帮助大脑来记忆和储存信息，随着社会的进步、科学的发展，储存信息的方法不断的变化和更新，以满足社会各种信息日益增长和交流的需要，磁性材料元件的出现和应用使人类记忆和存贮信息的技术发展得更加完善，它是电子计算机的基础，又在推动电子信息技术的不断进步。

随着科学技术的不断进步，磁记录与人们的日常生活越来越密切。录音带，录像带，电脑中的磁盘，打电话的磁卡，银行的信用卡，还有磁卡式车票等，都是用磁来记录信息的。提高磁记录技术的工作效率，会给人们的生活带来了很大方便。

磁记录和磁存贮技术具有历史悠久，存储容量大，体积小，成本低，发展迅速，生产工艺成熟，宜于大批量制造，质量稳定等优点，使其被广泛应用在电子计算机、军事科学、医学、生产管理、教育等方面，它对推动社会进步和发展具有重大意义［1－3］。通过细致地分析磁记录的工作原理及其应用，使我们从中掌握其在学习和工作中的重要性和必然性。

1 分析磁记录的工作原理

1.1 环形磁头缝隙磁化场的分布

1.1.1 理想环形磁头

要精确计算一个实际使用的磁头缝隙处磁化场的分布是十分困难的。这是因为实际磁头的缝隙磁化场分布与磁头结构的几何形状、缝隙处的几何尺寸、磁头材料的磁性能、磁介质的存在等许多因素有关［4］。对于一个实用的环形磁头(如图1所示)，通常需要用电子计算机数值求解的方法，来确定其磁化场的分布。

最普遍的近似计算方法都是建立在理想的环形磁头这一基础上的。理想的环形磁头，是指符合下列四个基本假设条件的环形磁头。

(1)认为磁头铁心的相对磁导率μτ→∞，磁介质的μτ→1;

(2)认为磁头在缝隙极面的长度L、缝隙宽度W、缝隙深度d和相对缝隙长度g都是无限大;

(3)认为磁头在缝隙处的几何形状都是理想的，无需考虑加工因素的影响;

(4)认为磁头缝隙平面间的磁场是完全均匀的，且等于一个恒定值Hl。

图1 一种实用的环形磁头

图2 用安培环路法计算磁头缝隙磁化场

1.1.2 安培环路法计算磁场分布

如上图2所示来选取环路途径ABCD，由于无电流通过该环路［5］，故I=0。AD和CB段都是磁头的铁心部分，铁心材料μτ→∞，其磁场H=B/μ0μτ→0。故只有直线段DC及圆弧线段AB处有磁场，则上式可改写为

按如图2所示选取坐标，使使坐标原点位于封系边缘的中心处，可得D点的坐标为(－g/2，0)，C点的坐标为(g/2，0)。圆弧上的任意一点P(x，y)处具有磁场H，且H=Hlg/πR

用磁场分量Hx、Hy分别来表示时，可得:

在缝隙中心的外平面(x=0)上，有

这表明该平面上只有磁场分量Hx，并且它随着y的增大而减小。

2 磁介质的记录磁化过程

2.1 铁氧体磁芯存储器的存储原理

矩磁性材料是指一类磁滞回线接近于矩形、剩余磁感应强度Br高、矫顽力He适当地大的磁性材料［6］。如图3所示是磁芯典型的矩形磁滞回线和读写原理。

图3 磁芯存储器的矩形磁滞回线及读写原理

让磁芯在H=0时的两种稳定的剩磁状态+Br和－Br分别于二进制数码“1”和“0”相对应，利用磁芯的磁状态来记忆二进制信息，每个磁芯寄存一位信息。

信息的存取过程可分为写入过程和写出过程两部分，它们由读写驱动线及读出线来完成。读写驱动线(即信息地址线)x、y穿过磁芯构成磁化线圈按照选址要求通入地址电流脉冲来磁化磁芯。写入“1”时，x、y线上同时有同方向的正脉冲通过，产生超过矫顽力He的磁场强度，从而使脉冲过后磁芯达到+Br状态，也是处于“1”的状态。当要读出所记忆的内容时，需要x、y线上同时有同方向的负脉冲通过，产生超过矫顽力He的负向磁场强度。如果该磁芯原记忆的内容为“1”，在此磁场作用后，磁化状态由+Br变成为－Br，磁化状态的翻转就会在读出线构成的感应线圈上产生感生输出电压;如果该磁芯原来记忆的内容为“0”，在此磁场的作用下，磁化状态只是由－Br→ －Bm→ －Br，因为－Br≈ －Bm，其磁通几乎不变，故不会产生电压。因此，可以根据出线上是否有感应电压输出来判断记忆的内容是“1”还是“0”。

2.2 磁性薄膜存储器的工作原理

磁性薄膜存储器，是采用真空蒸镀、电镀沉积等方法制备的坡莫合金薄膜作为数字信息高速存储介质的器件。该合金薄膜在制备过程中，施加了磁场处理，使该薄膜的膜面方向上呈现以原磁场处理方向为易磁化轴的感生单轴磁各向异性。沿易磁化轴磁化时具有矩形磁滞回线的特性，而沿与它垂直的难磁化方向磁化时，则具有线性磁化特性，如图4所示:可以利用这种感生单轴磁各向异性，根据该易磁化轴上磁化矢量的不同取向来存储二进制的信息。磁性薄膜存储器的工作方式与磁芯存储器基本相同。规定易磁化轴方向的正负两种磁化状态与“1”和“0”数码相对应，利用读出线上的感生输出电压的正负脉冲来判断存储的信息。

图4 磁性薄膜膜面内的磁化特性

3 磁记录技术的应用和发展

基于磁记录的诸多优点，它广泛应用在电子计算机技术方面;在军事科学、空间技术方面，各种高空侦察机、通讯卫星、资源卫星、气象卫星上都安装有磁记录设备;在医学方面，磁记录装置可用于记录病人病情发展的全过程;在科学研究和生产管理中，可利用磁记录装置来记录、监测和控制各种科研试样、产品部件中的有关物理、化学参数变化的全过程，提高产品质量，降低原材料消耗，调配生产环节，实现各工序的均衡生产。

磁记录和磁存储的普及应用又推动着其自身水平的提高，磁记录和磁存储的发展趋势有以下几个方面:

一、提高记录密度，扩大存储容量加快数据传输速度;

二、随着计算机系统向微小型化方向发展磁存储器也在逐步向微小型化方向过渡;

三、扩大产品产量，增加产品品种规格，降低产品成本是磁记录设备普及的关键。